專利名稱：靜電吸附式噴墨裝置以及制造該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如噴墨打印機(jī)，傳真機(jī)等等的噴墨裝置。更具體地說，涉及一種靜電吸附式噴墨裝置，該裝置通過將墨室與工作液流室合二為一來執(zhí)行墨汁噴射操作而無需單設(shè)一個工作液流室。
通常，在噴墨打印機(jī)，傳真機(jī)等輸出裝置的打印頭所采用的噴墨裝置是依靠一物理力在墨室中將墨水經(jīng)一噴嘴噴墨。根據(jù)對墨汁所施加的物理力的形式，這些噴墨裝置被分為熱力型、靜電吸附型，壓電型和熱壓縮型。


圖1示出了一種靜電吸附式噴墨裝置，該噴墨裝置包括一驅(qū)動部分20和一噴嘴部分40。
驅(qū)動部分20包括一板15，一層疊在板15之上的氧化膜，一帶有工作液流室27的工作液流擋壁25，一個位于工作液流室27內(nèi)的下部電極17，一位于工作液流室27中的薄層30，以及一設(shè)在薄層30之上的上部電極37。工作液流室可以處于一種真空狀態(tài)，或是處于一種充滿工作液流的狀態(tài)，該工作液流具有高的介電常數(shù)，足以加快靜電吸附操作(將在后面描述)。
噴嘴部分40包括帶有墨室57的墨室擋壁45，和一個與墨室擋壁45的上部相連接的噴嘴板47。在噴嘴板47上，成形有噴嘴49以將墨噴入墨室57。墨水穩(wěn)定地自墨水供應(yīng)源(未示出)供應(yīng)到墨室57中。隨著在上下電極37和17上施加電壓并在二者之間產(chǎn)生電位差，薄層30在電位差作用下朝工作液流室內(nèi)向彎曲。在此，使薄層30變形的力由下面公式獲得F=eAV2／2D2在此，e表示工作液流室27內(nèi)的介電常數(shù)，A是上電極37的面積，V是上電極與下電極37與17之間的電位差，且D是上、下電極37和17的間距。
隨著薄層30的變形，墨室57中的壓力下降，從而來自墨水源的墨水被吸入到墨室57，然后，隨著電壓被切斷掉且在上，下電極37和17之間不再有電位差，薄層30恢復(fù)到原來形狀。在此，墨室57中的壓力增壓，且其中的墨水經(jīng)噴嘴49排出。如上所述，通過反復(fù)地施加和消去電位差，噴墨工作得以實(shí)現(xiàn)。
靜電吸附式噴墨裝置的驅(qū)動部分20是按如下方式制作的圖2-9示出了組裝現(xiàn)有的靜電吸附式噴墨裝置驅(qū)動部分的全過程，為了制造驅(qū)動部分20，首先分別制作薄層30和其他部件，然后再組裝到一起。
下一步，如圖2所示，聚酰胺材料的薄層30由自旋式包覆機(jī)覆蓋于一以氣相沉積方式蓋在板60上的氧化膜61之上。然后如圖3所示，一個石英玻璃做的O型圈63被置于薄層30上。然后再如圖4所示，板60和氧化膜61自薄層30脫離，只余下薄層30。
如圖5所示，經(jīng)過一光刻過程，在用氣相沉積法置于板15之上的氧化膜14上形成一個下部電極17。然后，如圖6所示，在板15上的氧化膜14上制出一墨室擋壁25，該擋壁25被自旋式包覆機(jī)以聚酰胺材料形式施加到氧化膜14上，且隨后其中部被用光刻工藝進(jìn)行蝕刻。
在墨室擋壁25完成之后，如圖7所示，薄層30被顛倒過來，且薄層30的O型環(huán)63與墨室擋壁25的上部對齊并連接。然后，如圖8中所示，O型環(huán)被移去。再有，如圖9中所示，上電極37以氣相沉積方式置于薄層30之上，形成了一個完整的驅(qū)動部30，此后，通過將噴嘴部40經(jīng)一單獨(dú)的組裝過程安裝在驅(qū)動部分30上，就完成了一個靜電吸附式噴墨裝置。
但是，這種現(xiàn)有的噴墨裝置有如下缺點(diǎn)；薄層30是單獨(dú)制作的，這需要多個步驟，例如O型環(huán)63粘接過程，以及板分離過程等等。因此，將薄層30連接于工作液流擋壁25還需其他步驟，同時為制造薄層30，還需要消耗一些晶片形料。
還有，在現(xiàn)有的噴墨裝置中，由于工作流體室27與墨水室57彼此分離，所以驅(qū)動部分20與帶有工作流體室27的噴嘴部40以及墨室57必須分別制作，這使組裝過程變準(zhǔn)。
為了克服上述困難，提出了一種靜電吸附式噴墨裝置，其中噴嘴40的墨室擋壁25與薄層30在制造噴嘴部40時被做為一個整體制出。根據(jù)這樣一個噴墨裝置，由于墨室擋壁25與薄層30彼此一體化制出，所以減少了安裝步驟。在這樣的噴墨裝置中，由于很難制造用于與下電極17之間產(chǎn)生靜電吸附的上電板37，所以通過在與薄層30對應(yīng)的區(qū)域增加物質(zhì)的方式提高導(dǎo)電性。
但是，在上述的噴墨裝置中有一個缺點(diǎn)，即，無法在下電極17與薄層30之間保持一個很精細(xì)的間隙。根據(jù)上述公式(F=eAV2／2D2)，靜電吸力隨著下，上電極17和37之間的間隙的降低而增加。在上述噴墨裝置中，下，上電極17和37間的間隙增加了，因此，為產(chǎn)生適當(dāng)?shù)撵o電吸力需要更大的電位差。再者，利用上術(shù)的噴墨裝置，很難做出很薄的薄層30，因此需要更大的靜電吸力，因此，上述噴墨裝置的又一缺點(diǎn)在于，工作液流室27與墨室57還需分別制造。
本發(fā)明旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種靜電吸附式噴墨裝置及其制造方法，從而具有簡單的制造工藝，可高效地產(chǎn)生吸引力，并通過將薄層與驅(qū)動部整體地制出來提高墨水的排出效率。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種靜電吸附式的噴墨裝置及其制造方法，通過將工作液流室與墨室整體地形成在一起來簡化制造過程。
上述的目的經(jīng)本發(fā)明的靜電吸附式噴墨裝置來實(shí)現(xiàn)，該裝置包括一板，該板具有一墨室，用于自外部墨源接收所供應(yīng)的墨水；和一噴嘴孔，自墨室延伸至板的終端部，并開口于該板的終端部；一層疊于板之上的薄層；一位于墨室中的下電極；和一位于薄層外表面上的上電極；當(dāng)電位差施加到上、下電極之間時，薄層因電位差所產(chǎn)生的靜電吸力而變形，從而薄層向墨室內(nèi)彎曲以壓縮墨室內(nèi)的墨水，并經(jīng)噴嘴孔向外噴出。
薄層和上電極包括一透過它們而形成的供墨孔以便經(jīng)該孔向墨室供墨。
同時，上述目的亦根據(jù)本發(fā)明的一種用來制造靜電吸附式噴墨裝置的方法而得以實(shí)現(xiàn)，該方法包括如下步驟1)利用蝕刻的方法構(gòu)造墨室和噴嘴孔，該墨室用于接收自外部墨水源供應(yīng)來的墨水，該噴嘴孔自墨室向晶片的終端部延伸并在該終端部開口；2)在所述墨室中以氣相沉積法制出一下電極；3)將一聚酰胺層貼在晶片上；4)通過蝕刻聚酰胺層形成一薄層；并且5)用氣相沉積法在薄層上制出一上電極。
此處，形成墨室和噴嘴的步驟由濕刻法完成，而形成薄層的步驟由干刻法完成。
此后，在貼好上層電極之后，進(jìn)行構(gòu)造穿過薄層和上電極的墨水供應(yīng)孔的操作，該孔起到自外部墨水供應(yīng)源向墨室供應(yīng)墨水的通道的作用。這里，形成墨水供應(yīng)孔的步驟還包括以下各子步驟a)通過光刻上電極而形成位于上電極上的墨水供應(yīng)孔。b)通過干刻薄層而在其上形成墨水供應(yīng)孔。
在根據(jù)本發(fā)明的靜電吸附式噴墨裝置的制造方法中，制造過程變得更簡單，且驅(qū)動操作更迅速。
在連同下面的附圖一起考慮的過程中，結(jié)合下列附圖，本發(fā)明的上述和其他目的及優(yōu)點(diǎn)將更加清楚。
圖1是一個現(xiàn)有技術(shù)的靜電吸附式噴墨裝置的剖面圖；圖2到圖9為一組圖，順序地示出了制造圖1所示的噴墨裝置的驅(qū)動部分的過程；圖10A至14為一組圖，順序地示出了制造本發(fā)明噴墨裝置的過程；并且圖15和16為剖面圖，示出了本發(fā)明的噴墨裝置。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明。這里，噴嘴部分結(jié)構(gòu)與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)噴墨裝置結(jié)構(gòu)相同，因此不再贅述，此外，相同的元件以相同標(biāo)號表示。
圖10A至14順序地示出了制造本發(fā)明噴嘴裝置的過程。
首先，如圖10A和10B所示，通過對一晶片(wafer)115進(jìn)行蝕刻而形成一墨室127、一個排墨通道148和一個噴嘴149，其中晶片115起到了板的作用。墨室127存貯由外部墨源(未示出)供應(yīng)來的墨水。排墨通道148與噴嘴149與墨室127一體構(gòu)成。更具體地說，排墨通道148和噴嘴149自墨室127延伸至晶片115的終端部，從而在晶片115的終端部上開口。
墨室通過如下方式形成在墨室127形成區(qū)域以外的必要區(qū)域上涂上一層氮化硅，并進(jìn)行濕蝕刻，蝕刻的深度通過調(diào)節(jié)蝕刻時間和溶液濃度來調(diào)整。此外，當(dāng)硅晶片115被進(jìn)行濕蝕刻時，最好是采用具有一個定向器(orientation)100的晶片以便保持一適當(dāng)?shù)膬A斜度。更具體地說，由于帶定向器100的晶片在相對于水平面保持54．74°角的情況下被蝕刻，當(dāng)進(jìn)行氣相沉積金屬以制作電極時，臺階覆蓋特性(step coverage)得以改進(jìn)。
在蝕刻完墨室127之后，在晶片115上用氣相沉積法形成一個由氧化膜或氮化膜形成的絕緣層(未示出)，如圖11A和11B所示，通過光刻方式使下電極117氣相沉積在墨室127中，然后，如圖12所示，一聚酰胺(polyamide)片層(sheet)130a被以層壓法貼接在板上。
通過對聚酰胺層130a進(jìn)行蝕刻，可以獲得如圖13A，13B所示的薄層(membrane)130。為了以低電壓驅(qū)動薄層130，其厚度應(yīng)薄至幾個毫米。在此，由于聚酰胺層130a具有幾十微米的厚度，所以聚酰胺層130a被蝕刻以獲得薄層130，該薄層的厚度適合于在靜電吸力作用下變形。此處，用干刻法對聚酰胺層130a進(jìn)行蝕刻。由于聚酰胺層130a是通過干蝕刻法得到的，所以很容易地得到具有理想厚度的薄層130。
在薄層130制作完畢后，通過光刻過程將金屬層以氣相沉積法制作在薄層130上。在以氣相沉積法制做完金屬層之后，如圖14A和14B所示，除了覆蓋墨室127的上電極之外的其他部分均被取掉，同時一導(dǎo)體137a自上電極137向外延伸。導(dǎo)體137a和下電極117與外部電源的電極相連。因此，當(dāng)電流自外部電源到來時，在上，下電極137和117之間就產(chǎn)生了電位差。
透過薄層130和上電極137形成有一個墨水供應(yīng)孔。透過上電極137形成的墨水供應(yīng)孔190a在形成上電極137和導(dǎo)體137a的光刻過程期間形成在金屬層的中部，同時在上電極137的墨水供應(yīng)孔190a形成之后，透過薄層130而形成的墨水供應(yīng)孔190b也被用干蝕刻法制成。
在墨水供應(yīng)孔190制成之后，一個墨水瓶200被組裝到薄層130的上部，并由此得到如圖15所示的完整的噴墨裝置。
下面，將結(jié)合圖15和圖16介紹根據(jù)本發(fā)明的噴墨裝置的工作情況。
墨水經(jīng)墨水供應(yīng)孔190自墨水瓶200進(jìn)入到墨室127中，并充滿該室127。當(dāng)電施加至上、下電極137和117時，在這二個電極之間產(chǎn)生電位差。利用該電位差，由上面提到過的公式(F=eAV2／2D2)獲得一個靜電吸力，且因此如圖16所示，薄層130變形并朝向墨水室127內(nèi)部彎曲。因此，墨室127中壓力升高，同時室127中的墨經(jīng)排出通道148和噴嘴149向外噴射。
當(dāng)向上、下電極137和117的供電被切斷時，在上下電極137和117之間不再產(chǎn)生電位差，因而薄層130恢復(fù)其如圖15所示的原來位置。因此，墨室127中的壓力下降，且墨水瓶200中的墨水經(jīng)墨水供應(yīng)孔190被吸入到墨室127中。噴墨操作以上述方式重復(fù)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，由于薄層130與驅(qū)動部分120彼此一體構(gòu)成，因此不需要制造和粘接薄層130的其他過程。還有制造薄層130的其他材料，例如晶片，也不再需要，同時薄層130能獲得所希望的較薄的厚度。所以，即使是以很低的電位差也可以有效地驅(qū)動噴墨裝置。
還有，由于墨室127起到工作液流室的作用，所以不再需要一個額外的工作液流室。因此根據(jù)本發(fā)明的噴墨裝置比由噴嘴部和驅(qū)動部構(gòu)成的現(xiàn)有技術(shù)的裝置結(jié)構(gòu)制造過程更簡單。
此外，充入到墨室127中的墨水具有大于空氣或真空狀態(tài)80倍的介電常數(shù)。因此，從本發(fā)明的噴墨裝置經(jīng)上述公式(F=eAV2／2D2)獲得的靜電吸力遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)中獲得的靜電吸力。這意味著即使在較低的電位差下，也可利用本發(fā)明的噴墨裝置得到同樣的吸引力。同時噴墨裝置可以被更快地驅(qū)動。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的噴墨裝置和其制造方法，制造過程和結(jié)構(gòu)變得更簡單，且驅(qū)動操作可以被更有效地執(zhí)行。
如上所述，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被示出和描述，雖然已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不應(yīng)被局限在該優(yōu)選實(shí)施例中，在不脫離在后續(xù)權(quán)利要求書中所述本發(fā)明精神和范圍的條件下，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員還可以做出各種變化和修改。
權(quán)利要求
1．一種靜電吸附式噴墨裝置，包括一板，該板具有一墨室，用于自外部墨源接收所供應(yīng)的墨水；和一噴嘴孔，自墨室延伸至板的終端部，并開口于該板的終端部；一層疊于板之上的薄層；一位于墨室中的下電極；和一位于薄層外表面上的上電極；當(dāng)電位差施加到上、下電極之間時，薄層因電位差所產(chǎn)生的靜電吸力而變形，從而薄層向墨室內(nèi)彎曲以壓縮墨室內(nèi)的墨水，并經(jīng)噴嘴孔向外噴出。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨裝置，其中噴嘴孔自墨室沿板的表面延伸至板的終端部并在該板的終端部開口。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨裝置，其中薄層和上電極包括一透過薄層和上電極形成的墨水供應(yīng)孔，從此向墨室供應(yīng)墨水。
4．一種制造靜電吸附式噴墨裝置的方法，包括以下步驟1)利用蝕刻的方法構(gòu)造墨室和噴嘴孔，該墨室用于接收自外部墨水源供應(yīng)來的墨水，該噴嘴孔自墨室向晶片的終端部延伸并在該終端部開口；2)在所述墨室中以氣相沉積法制出一下電極；3)將一聚酰胺層貼在晶片上；4)通過蝕刻聚酰胺層形成一薄層；并且5)用氣相沉積法在薄層上制出一上電極。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中用濕蝕刻法完成形成墨室和噴嘴孔的步驟。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中用層疊法完成將聚酰胺層貼上的步驟。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中用干刻法完成薄層的制作。
8．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括在將貼上上電極的步驟之后，形成透過薄層和上電極的墨水供應(yīng)孔的步驟，該墨水供應(yīng)孔起到將來自外部墨源的墨水供應(yīng)到墨室的通道的功能。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中構(gòu)造墨水供應(yīng)孔的步驟還包括子步驟a)通過光刻上電極而在上電極上形成一墨水供應(yīng)孔；并且b)通過干蝕刻所述薄層而在其中構(gòu)造一墨水供應(yīng)孔。
全文摘要
一種靜電吸附式噴墨裝置包括一板,該板上帶有用于接收墨水的墨室和自墨室向板的終端部延伸并在該終端部開口的噴嘴孔;層疊于板上的薄層;位于墨室中的下電極,和設(shè)在薄層外表面上的上電極。通過在上下電極上施壓電位差而產(chǎn)生吸力,薄層在墨室內(nèi)彎曲并壓縮室內(nèi)墨水。這樣墨水經(jīng)噴嘴孔向外噴。由于薄層與驅(qū)動部分彼此整體構(gòu)成,所以制造過程更簡單,且靜電吸力的產(chǎn)生和噴墨操作可以被更有效地執(zhí)行。
文檔編號B41J2/045GK1294975SQ0013399
公開日2001年5月16日 申請日期2000年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月4日
發(fā)明者尹容燮, 高熙權(quán), 樸景鎮(zhèn) 申請人:三星電子株式會社